Kaffeemaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Kaffeemaschine, bei der die Heißwasser-Erzeugung durch einen an sich bekann­ten rohrförmigen Durchlauferhitzer erfolgt. Wesent­lich dabei ist, daß das Volumen dieses Durchlaufer­hitzers nur etwa 0,1 Liter bis 0,5 Liter beträgt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kaffeemaschine mit zumindest einem dem Wassereintritt nachgeschalteten Filter und zumindest einer Pumpe, an die zumindest ein elektrisch beheizter Strömungskanal zur Erzeu­gung von Heißwasser angeschlossen ist, das in vorbe­stimmbarer Menge zu einem Brühkolben und schließlich zum Kaffee-Auslauf gelangt.

[0002] Derartige Kaffeemaschinen sind zur gewerblichen Ver­wendung bestimmt und in zahlreichen Ausführungsfor­men bekannt.

[0003] Die Heißwassererzeugung erfolgt dabei grundsätzlich in sogenannten Boilern. Dies sind relativ große Be­hälter mit einem Wasservolumen von mehreren Litern, meistens etwa 5 Liter, entsprechend dem Bedarf von etwa 40 Tassen.

[0004] Die Erhitzung des Wassers erfolgt dabei durch eine im Inneren des Boilers angeordnete Widerstands-Hei­zung, die in direktem Kontakt mit dem zu erhitzen­den Wasser steht und die durch eine Temperatursteu­erung den Wasserinhalt auf dem gewünschten Tempera­turniveau hält.

[0005] Zur Regulierung der Frischwasserzufuhr benötigt der Boiler eine Niveauüberwachung, die bei Unterschrei­ten eines bestimmten Mindestwertes die Zufuhr von Frischwasser auslöst, bis der obere Niveauwert er­reicht ist.

[0006] Das eingangs genannte relativ große Boilervolumen stellt sicher, daß diese intervalliartige Frischwasser­zufuhr keine zu starke Absenkung der mittleren Was­sertemperatur im Boiler hervorruft und daß Verbrauchs­spitzen mit einem Wärmebedarf oberhalb der Heizlei­stung des Boilers kurzzeitig gedeckt werden können.

[0007] Nachteilig an diesen Boilern sind vor allem ihre ho­hen Herstellungskosten und ihr Platzbedarf. Darüber­hinaus gestatten sie aufgrund der sich einstellenden Temperaturschichtung und der intervallartigen Frisch­wasserzufuhr keine derart feinfühlige Temperaturre­gelung, wie dies für die optimale Kaffee- und Teezu­bereitung wünschenswert wäre.

[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Auf­gabe zugrunde, die eingangs beschriebene Kaffeema­schine derart zu verbessern, daß sie sich durch günstigere Herstellungskosten, geringeren Platzbe­darf und genauere Temperatureinhaltung des erzeug­ten Heißwassers auszeichnet.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strömungskanal durch einen an sich bekann­ten rohrförmigen Durchlauferhitzer gebildet ist, an dessen Außenwand eine mit ihr metallisch verbundene Heizschlange angebracht ist, daß das Volumen des Durchlauferhitzers maximal das dreifache Kaffeetas ­sen-Volumen, zweckmäßig maximal 1,0 Liter beträgt und daß das Frischwasser zumindest annähernd konti­nuierlich entsprechend der Wasserabgabe in den Durch­lauferhitzer nachfließt.

[0010] Durch den Ersatz des bisher üblichen Boilers durch einen Durchlauferhitzer ergibt sich zum einen eine drastische Reduzierung der Baugröße: Das Volumen des Wassererhitzers reduziert sich auf etwa 1/10. Zum anderen kann auf die bisher übliche Steuerung der Wasserzufuhr verzichtet und statt dessen mit direktem Anschluß des Erhitzers an die Pumpe, also mit kontinuierlich nachlaufendem Frischwasser gear­beitet werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Re­duzierung des Materialeinsatzes und der Herstellungs­kosten und darüberhinaus ist sichergestellt, daß kein abgestandenes, sondern immer frisches Wasser für die Kaffee- oder Teezubereitung verwendet wird.

[0011] Nicht zuletzt ist aufgrund des geringen Wasservolu­mens im Durchlauferhitzer eine wesentlich feinfüh­ligere Regulierung der Wassertemperatur gewährlei­stet.

[0012] Im Sinne einer Minimierung des Platzbedarfes em­pfiehlt es sich, daß das Volumen des Durchlaufer­hitzers maximal 0,5 Liter, zweckmäßig etwa 0,15 Li­ter bis etwa 0,4 Liter beträgt und daß der Wasser­eintritt in den Durchlauferhitzer kontinuierlich und proportional entsprechend der Wasserabgabe er­folgt.

[0013] Außerdem erhält man dadurch ein besonders schnelles und genaues Aufheizen des Frischwassers.

[0014] Aufgrund der kompakten und kostengünstigen Bauweise kann für die Erzeugung von Kaffeewasser, Teewasser und Dampf jeweils ein eigener Durchlauferhitzer vor­gesehen werden. Da jeder Durchlauferhitzer seine ei­gene Temperatursteuerung aufweist, ist eine optimale Anpassung der Temperaturverhältnisse an den gewünsch­ten Brühvorgang möglich. Die Qualität des erzeugten Getränkes wird dadurch merklich verbessert.

[0015] Zur Verbesserung des Wärmeüberganges empfiehlt es sich, daß die Durchlauferhitzer vertikal stehend ein­gebaut sind und daß die Heizschlange unter Zwischen­lage einer Lötfolie mit der Außenwand des rohrförmi­gen Durchlauferhitzers verlötet ist. Die Heizschlan­ge kann aus einzelnen, in beliebiger Richtung verlau­fenden Abschnitten bestehen, sie kann aber auch schrau­ bengangförmig um den Durchlauferhitzer herumlaufen. Zur Vermeidung einer Aufheizung der Umgebung kann sie außen durch eine Isolierung abgedeckt werden. Auch kann es zweckmäßig sein, daß sich die Heiz­schlange nur über einen Teilbereich, zweckmäßig einen unteren Teilbereich des Durchlauferhitzers erstreckt, während der obere Bereich als Mischkam­mer fungiert.

[0016] Zur einfachen Montage des Durchlauferhitzers em­pfiehlt es sich, daß er aus einem kreiszylindri­schen Rohr besteht, das an seinem oberen und un­teren Ende mit Dichtungsringen in passende Endkap­pen eingesetzt ist, die ihrerseits axial miteinan­der verspannbar sind.

[0017] Die vorbeschriebenen Merkmale, wie sie auch in den Ansprüchen 1 bis 14 aufgeführt sind, eignen sich nicht nur für Kaffeemaschinen sondern kommen allge­mein für Rohrheizer zur Wassererhitzung in Betracht, sei es zur Bereitung von Heißgetränken wie auch zur Dampferzeugung für Kochgeräte.

[0018] Eine besonders zweckmäßige Ausbildung eines Rohre­heizers, der zur Wassererhitzung für Getränkeer­zeuger wie auch für Dampfkocher geeignet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß im Inneren des Rohrheizers ein zylindrischer Einsatz etwa ko­axial unter Bildung eines Spaltes gegenüber der Heizer-Innenwand angeordnet ist, der an seinem einen Ende verschlossen, an seinem anderen Ende mit Ausströmöffnungen versehen ist, die in den ge­ nannten Spalt münden, wobei die Wasserzufuhr in den zylindrischen Einsatz erfolgt.

[0019] Dadurch ergeben sich im wesentlichen zwei Vorteile: Einerseits wird entlang der beheizten Wand des Durch­lauferhitzers eine dünne Spaltströmung erzeugt, die sich aufgrund der notwendigerweise hohen Strömungs­geschwindigkeit und des dünnen Flüssigkeitsfilmes durch besonders hohe Wärmeübergangskoiffizienten aus­zeichnet und eine homogene Erwärmung der Flüssigkeit garantiert. Andererseits erfährt die ankommende Flüs­sigkeit, die zunächst dem Inneren des zylindrischen Einsatzes zugeführt wird, eine Vorerwärmung durch Wärmeaustausch mit der auf höherer Temperatur befind­lichen äußeren Spaltströmung, wodurch insbesondere die bei der elektrischen Widerstandsbeheizung auf­tretende Nachheizphase besser ausgenützt werden kann.

[0020] Besonders günstig ist es, wenn die Wasserzufuhr in den zylindrischen Einsatz nicht im Bereich seiner Aus­strömöffnungen, sondern am entgegengesetzten Ende er­folgt, etwa indem ein koaxiales Wasserzuführrohr ver­wendet wird, das den zylindrischen Einsatz durchquert und bis nahe an dessen geschlossenes Ende läuft. Da­durch wird die Flüssigkeit gezwungen, den beheizten Axialbereich dreimal zu durchströmen mit von innen nach außen ansteigender Temperatur. Durch den Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Strömungswegen ergibt sich eine weitere Erhöhung der Heizleistung.

[0021] Im allgemeinen empfiehlt es sich, daß die Spalt­strömung im Rohrheizer von unten nach oben läuft. In diesem Fall ist der zylindrische Einsatz an seinem oberen Ende verschlossen, wogegen er unten mit den Ausströmöffnungen an den Spalt angeschlossen ist.

[0022] Die Form des Spaltes kann rund oder mehreckig sein.

[0023] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung er­geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung; dabei zeigt:

Fig. 1 ein Fließschema der Kaffeemaschine;

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Seitenansicht des Durchlauferhitzers;

Fig. 3 eine um 90° geklappte Seitenansicht von Fig.2 und

Fig. 4 eine Weiterentwicklung des Durchlauf­erhitzers.

[0024] Wie Fig. 1 zeigt, ist hinter dem Frischwassereintritt 1 der Kaffeemaschine ein Absperrventil 2 und ein Filter 3 angeordnet. Hinter dem Filter 3 läuft eine für die Kaf­ fee-Zubereitung vorgesehene Leitung 4 zu einer Pum­pe 5, die das Frischwasser über ein Volumenmeßgerät 6 für die Wasser-Dosierung und ein Ventil 7 dem un­teren Ende eines rohrförmigen Durchlauferhitzers 8 zuführt. Dort wird das Wasser auf die zur Kaffee-Zu­bereitung optimale Temperatur erhitzt und am oberen Ende über eine Leitung 9 den Brüh- und Entlastungs­ventil 10 und von dort dem nur schematisch angedeu­teten Brühkolben 11 zugeführt. Von dort gelangt der fertige Kaffee zu einem Auslauf 12.

[0025] Außerdem zweigt hinter dem Filter 3 eine zweite Lei­tung 13 ab. Sie enthält das für die Teezubereitung benötigte Wasser und läuft entweder über eine Mengen­dosierung 14 oder über ein nicht dargestelltes manu­elles Ventil, das mit dem ohnehin vorhandenen Sicher­heits- und Rückschlagventil 15 kombiniert sein kann, in das untere Ende eines zweiten Durchlauferhitzers 16. Dort wird das Wasser auf eine im Vergleich zum Kaffee höhere Temperatur erhitzt, wie sie bei der Tee-Zubereitung optimal ist. Das erhitzte Wasser strömt dann über ein manuelles oder automatisches Auslaßventil 17 zum Heißwasser-Auslaß 18.

[0026] Schließlich ist die erfindungsgemäße Kaffeemaschine noch mit einem dritten Durchlauferhitzer 19 zur Dampf­erzeugung ausgerüstet. Er wird über eine Leitung 20, ein Ventil 21 und das übliche Sicherheits- und Rück­schlagventil 22 von dem zweiten Durchlauferhitzer 16 versorgt. Der Zulauf zu dem Durchlauferhitzer 19 erfolgt jedoch nicht wie bei den beiden vorgenannten Erhitzern, kontinuierlich sondern absatzweise, ge- steuert durch eine an sich bekannte Niveau-Regulie­rung. Der Dampfaustritt ist bei 23 angedeutet.

[0027] Der genauere Aufbau der Durchlauferhitzer ergibt sich aus den Fig. 2 und 3. Jeder Dampferzeuger be­steht aus einem zylindrischen Rohr 24, daß an sei­ner Außenseite über zumindest Teil seiner Höhe von einer Heizschlange 25 umgeben ist. Die Heizschlan­ge 25 weist in ihrem Kern einen Widerstands-Heiz­draht auf, der gegenüber dem metallischen Mantel der Heizschlange in bekannter Weise isoliert ist. Wesentlich ist, daß die Heizschlange mittels zwi­schengelegter Lötfolie metallisch breitflächig mit dem Rohr 24 verbunden ist, so daß sich ein inniger, spaltfreier Kontakt und dementsprechend gute Wärme­übertragung ergibt.

[0028] Wesentlich ist ebenso, daß das Volumen des Rohres 24 gegenüber herkömmlichen Boilern auf etwa ein Zehntel reduziert ist und zweckmäßig nur etwa 0,1 Liter bis 0,4 Liter beträgt. Damit ist neben den bereits angesprochenen günstigen Herstellungskos­ten sichergestellt, daß jede Tasse Kaffee oder Tee mit frischem, nicht abgestandenem oder mehrfach aufgewärmtem Wasser zübereitet wird.

[0029] Zum Anschluß an den Wasserkreislauf ist das Rohr 24 an seinen beiden Enden über Dichtringe 26 in passen­de Anschlußkappen 27 und 28 eingesteckt. Diese An­schlußkappen sind in einem C-förmigen Halter 29 der­art montiert, daß das Rohr axial zwischen ihnen ein­gespannt wird. Auf diese Weise läßt sich das Rohr 24 jederzeit schnell ausbauen, insbesondere, wenn es entkalkt werden soll.

[0030] Schließlich ist in den Fig. 2 und 3 durch das Bezugs­zeichens 30 ein Temperaturfühler angedeutet. Er dient zur Steuerung der jeweiligen Heizschlange 25, damit die gewünschte Solltemperatur des Wassers eingehalten wird. Diese Steuerung erfolgt für jeden Durchlaufer­hitzer getrennt und unabhängig von den übrigen Durch­lauferhitzern.

[0031] Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfin­dung besteht darin, die Steuerung der Heizschlange 25 nicht allein über den Temperaturfühler 30 vor­zunehmen, sondern die Heizung unabhängig von der Tem­peratur immer dann anzuschalten, wenn an der Kaffee­maschine der Taster für die Ausgabe von Kaffee oder Tee betätigt wird. Das Einschalten erfolgt für eine vorgegebene Zeit, je nachdem welcher Taster gedrückt wird. Wird beispielsweise der Tasterfür eine Tasse Kaffee gedrückt, so erfolgt die Beheizung während einer Zeit von 2 - 6 Sekunden, insbesondere 2 - 3 Sekunden, während bei Betätigung des Tasters für 2 Tassen Kaffee die Heizdauer entsprechend länger ist. Bei Espresso, wo weniger Wasser benötigt wird, kann die Heizzeit etwas verkürzt werden.

[0032] Erfindungsgemäß werden also die Temperaturfühler nur für die Heizungssteuerung im statischen Zustand ver­wendet, wogegen es bei Betätigung der Kaffeemaschine immer zu einer sofortigen Zwangseinschaltung kommt. Der Durchlauferhitzer reagiert dadurch wesentlich schneller, als wenn abgewartet werden müßte, bis der Temperaturfühler die durch nachfließendes Kaltwasser erfolgende Temperaturabsenkung erkennt.

[0033] Die Zwangseinschaltung erfolgt derart, daß durch die Betätigung des jeweiligen Tasters für eine Tasse Kaf­fee, zwei Tassen Kaffee oder Tee ein elektronischer Zeitschalter ausgelöst wird, der für eine dem Taster zugeordnete Zeitspanne die Heizung einschaltet.

[0034] In dieser Maßnahme liegt ein wesentlicher Grund dafür, daß die Erfindung mit derart kleinen Durchlauferhit­zern auskommt.

[0035] Fig. 4 zeigt eine Weiterentwicklung des Durchlauferhit­zers. Von außen hat er den gleichen Aufbau wie die zu­vor beschriebenen Bauformen und trägt insoweit auch die gleichen Bezugszeichen. Da er nicht auf Kaffeemaschinen beschränkt ist, kann sein Volumen kleiner aber auch größer als bei dem vorbeschriebenen Rohrheizer sein.

[0036] Im Inneren des Rohres 24 ist jedoch ein zylindrischer Einsatz 31 eingebaut, der oben durch einen Deckel 31a verschlossen ist, während er unten zahlreiche über den Umfang verteilte Ausströmöffnungen 31b aufweist. Diese Ausströmöffnungen münden am unteren Ende des Rohres 24 in einen zwischen dem Einsatz und dem Rohr 24 verlaufen­den Ringspalt 32.

[0037] Außerdem ist das Rohr 24 im Gegensatz zu dem zuvor be­schriebenen Ausführungsbeispiel verschlossen und kann nur über ein zentrales Wasserzuführrohr 33 mit Flüssig­keit gespeist werden. Dieses Rohr 33 läuft bis nahe an das obere Ende des zylindrischen Einsatzes 31. Dort wird die Flüssigkeit nach unten umgelenkt, strömt über die axiale Länge des Einsatzes zurück, bis sie über die Öffnungen 31b in den Spalt 32 gelangt und von dort nach oben abströmt.

[0038] Durch die Spaltströmung längs der beheizten Innenwand des Rohres 24 und durch die mehrfache Durchströmung der axialen Länge des beheizten Rohrabschnittes ergibt sich eine gravierende Verbesserung des Wärmeüberganges.

[0039] Der beschriebene Rohrheizer ist aufgrund seiner hohen Heizleistung und seines kompakten, kostengünstigen Auf­baues optimal zur Bereitung von Heißgetränken oder zur Dampferzeugung für Kochgeräte geeignet.

Ansprüche

1. Kaffeemaschine mit zumindest einem dem Wasserein­tritt (1) nachgeschalteten Filter (2) und zumindest einer Pumpe (5), an die zumindest ein elektrisch be­heizter Strömungskanal zur Erzeugung von Heißwasser angeschlossen ist, das in vorbestimmbarer Menge zu einem Brühkolben (11) und schließlich zum Kaffee-­Auslauf (12) gelangt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungskanal durch einen an sich bekannten rohrförmigen Durchlauferhitzer (8) gebildet ist, an dessen Außenwand eine mit ihr metallisch verbundene Heizschlange (25) angebracht ist, daß das Volumen des Durchlauferhitzers (8) maximal 1,0 Liter beträgt und daß das Frischwasser zumindest annähernd konti­nuierlich entsprechend der Wasserabgabe in den Durch­lauferhitzer nachfließt.

2. Kaffeemaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumen des Durchlauferhitzers (8) maximal etwa 0,5 Liter, zweckmäßig etwa 0,15 Liter bis etwa 0,4 Liter beträgt.

3. Kaffeemaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wassereintritt in den Durchlauferhitzer-(8) kontinuierlich und proportional entsprechend der Was­serabgabe erfolgt.

4. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß für Kaffeewasser und Teewasser jeweils ein eigener Durchlauferhitzer (8 bzw. 16) vorgesehen ist.

5. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer Durchlauferhitzer (19) zur Damperer­zeugung vorgesehen ist.

6. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlauferhitzer (8, 16) für Kaffee- und Tee­wasser eine eigene Temperatursteuerung aufweisen.

7. Kafeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Durchlauferhitzer (8, 16, 19) von der gleichen Pumpe (5) gespeißt werden.

8. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlauferhitzer vertikal stehend eingebaut sind.

9. Durchlauferhitzer nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizschlange (25) unter Zwischenlage einer Lötfolie mit der Außenwand des rohrförmigen Durchlauf­erhitzers (8, 16, 19) verlötet ist.

10. Kaffeemaschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizschlange (25) schraubengangförmig den Durch­lauferhitzer (8, 16, 19) umgibt.

11. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizschlange (25) außen von einer Isolierung umgeben ist.

12. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Heizschlange (24) nur über einen unteren Teilbereich der Höhe des Durchlauferhitzers (8, 16, 19) erstreckt.

13. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchlauferhitzer (8, 16, 19) aus jeweils ei­nem kreiszylindrischen Rohr (24) besteht, daß an sei­nem oberen und seinem unteren Ende mit Dichtungsringen (26) in passende Endkappen (27, 28) eingesteckt ist, die ihrerseits axial miteinander verspannbar sind.

14. Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beheizung des Durchlauferhitzers (8) durch einen Temperaturfühler (30) gesteuert wird, daß die Heizung jedoch zwangsweise, unabhängig von der aktu­ellen Temperatur für eine vorgegebene Zeitspanne ein­geschaltet wird, sobald Kaffe- oder Teewasser abge­rufen wird.

15. Rohrheizer zur Bereitung von Heißgetränken oder zur Dampferzeugung für Kochgeräte, insbesondere für eine Kaffeemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem rohrförmigen Durchlauferhitzer, der innen von dem zu erhitzenden Wasser durchströmt wird und der an seiner Außenwand eine mit ihr wärmeleitend verbundene elektrische Heizschlange aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Inneren des Rohrheizers ein zylindrischer Einsatz (31) etwa koaxial unter Bildung eines Spaltes gegenüber der Innenwand (24) des Heizers angeordnet ist, der an seinem einen Ende (31a) verschlossen, an seinem anderen Ende mit Ausströmöffnungen (31b) versehen ist, die in den genannten Spalt (32) münden, wobei die Wasserzufuhr in den zylindrischen Einsatz (31) erfolgt.

16. Rohrheizer nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasserzufuhr in den zylindrischen Einsatz (31) nahe dessen verschlossenem Ende (31a) erfolgt.

17. Rohrheizer nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasserzufuhr durch ein den zylindrischen Einsatz (31) etwa koaxial durchquerendes und bis nahe an dessen geschlossenes Ende (31a) laufendes Wasserzuführrohr (33) erfolgt.

18. Rohrheizer nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der zylindrische Einsatz (31) etwa über die axiale Länge der Heizschlange (25) erstreckt.

19. Rohrheizer nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadruch gekennzeichnet, daß der Spalt (32) von unten nach oben durchströmt wird und der zylindrische Ein­satz (31) oben verschlossen und unten an den Spalt (32) angeschlossen ist.

Zeichnung